超特长隧洞TBM集群掘进分析及施工技术研究

北疆供水工程隧洞总长514 km,采用18台敞开式TBM集群施工,其规模之大国内外罕见。为了解其掘进规律,对2年来集群掘进的设备参数与相关指标、卡机及支护等问题进行统计分析。该工程18台TBM平均月进尺385.2 m,最高月进尺1136 m,平均利用率28%,平均完好率91%,平均故障率9%,每延米掘进更换滚刀0.02~0.45把,说明设备的适应性较好,但同时也存在刀具异常磨损、连续皮带机及锚杆钻机故障率高等问题;在长距离TBM集群掘进过程中,应针对不同卡机类型、不同涌水情况采取针对性处理措施,隧洞支护形式及支护参数设计应与TBM设备特点、施工特点相适应,设备设计制造方面也应针对锚杆打设不垂直岩面等问题予以改进。总体来看,TBM集群掘进的效率较高,但也存在一些问题,要达到安全高效掘进的长久目标仍需不断努力。

超特长隧洞TBM集群试掘进阶段适应性分析

北疆供水二期工程总长540 km,主要由西二隧洞(139.04 km)、喀双隧洞(283.27 km)和双三隧洞(92.15 km)组成,隧洞占总长度的95.6%,均为深埋超特长隧洞,其中喀双隧洞是目前世界上已建和在建的最长输水隧洞。分析本工程的特点及地质情况,得出主要施工难题为长距离掘进关键设备耐久性、穿越断层破碎带、围岩突涌水防控、长距离独头通风及运输、反坡排水、破岩效率及快速掘进等。试掘进结果表明:1)勘察设计提供的地质情况与施工揭示的地质情况基本一致,这为高效掘进提供了基本条件。2)敞开式TBM能较好地适应Ⅱ、Ⅲ类围岩、节理裂隙带及小规模断层;而对于规模较大的断层破碎带及富水地层,则适应性较差,还有待于从设备、支护及施工技术方面加以改进。3)试掘进阶段TBM设备系统平均完好率达89.9%,但仍有一些设备故障率较高,有的还出现了主轴承密封圈漏油现象;为了实现长距离掘进,还需进一步提高设备的可靠性和耐久性。4)试掘进阶段平均纯掘进时间占比为29.6%,其中双三Ⅱ标TBM1平均纯掘进时间占比高达45.2%,最高月进尺达到1 280 m,创造了国内同类地质条件掘进最高记录。5)随着掘进进尺的不断增加,TBM集群要达到设备系统90%以上的完好率、支撑40%以上的纯掘进工时率的目标,还需要付出巨大努力。